反射活动的基本原理

第二节 反射活动的基本原理

目标
（1）描述神经调节的基本方式、结构基础及其完整性的必要。
（2）概述兴奋在神经纤维上的传导过程。
（3）概述兴奋在细胞间的传递过程。
（4）应用兴奋传导原理，辨别传导方向，解决实际问题。
（5）通过观察兴奋传导的动态过程，培养学生分析、比较、归纳等逻辑推理能力。
（6）通过科学发现，培养学生实事求是的科学态度和不断探究的科学精神。
重点与难点
1、教学重点：兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递
2、教学难点：兴奋在神经元之间的传递
教学策设想
动机激发策略：创设情境，从运动的协调引入；重现关于研究神经传导的材料选择和实验手段体现科学方法教育，避免封闭的演绎过程。
交互教学策略：以学生活动为中心，教师精心设计问题，引导学生探究、讨论问题。
整体教学策略：将生物学知识和物理电学知识结合在一起，体现学科间知识的综合。
比较的认知策略：比较兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在细胞间的传递，突破难点。
教学方法设计
实验原理分析法、讨论法、比较法、归纳法等。
媒体设计
自制CAI动画：反射弧模式图；兴奋沿反射弧传导；兴奋在神经纤维上的传导；突触小体结构模式图；突触小泡内递质的释放过程。
教学过程设计
（一）教学流程图

（二）教学过程
引言：请同学们欣赏一场精彩的NBA比赛。篮球飞人们飞翔的画面让我们体会到运动的张力和协调的美感，那么篮球队员们要经过哪些方式的调节才能完成如此健美而协调的动作呢？
学生：通过神经调节和体液调节。
如果仅有体液调节，机体就难以迅速而精确的作出反应。人和动物体内各个器官，系统的协调和统一，各项生命活动的进行，以及对外界环境的变化作出相应的反应，主要是通过神经系统的调节作用来完成的。
1、神经调节的基本方式
通过初中的学习我们知道，神经调节的基本方式是反射，那么，什么是反射呢？
学生：反射是指在中枢神经系统的参与下，人和动物体对体内和外界环境的各种刺激所发生的有规律性的反应。
教师强调反射概念的三要素，并且指出，反射是应激性高度发展的结果。
反射大致可以分为非条件反射和条件反射两类，请同学们来分析四组有趣的现象，看看它们分别属于那类反射？并说出判断的依据是什么？
（媒体显示实例图片：小猴吮奶；狗熊飞车；尝梅止渴；望梅止渴。）
学生：小猴吮奶和尝梅止渴是动物生来就有的，也是通过遗传而获得的先天性反射，是非条件反射；狗熊飞车和望梅止渴是动物出生后，在生活过程中通过训练而逐渐形成的后天性反射，属于条件反射。
条件反射是建立在非条件反射基础上，借助于一定的条件（自然的或人为的），经过一定过程形成的，条件反射大大地提高了动物适应复杂环境变化的能力。
反射的结构基础又是什么呢？
学生：反射弧。
教师引导学生观察反射弧结构模式图并提示注意闪动部位代表的结构。
反射弧是由哪几部分组成的？
学生：通常由感受器，传入神经，神经中枢，传出神经和效应器五部分组成.
教师引导学生识图。
感受器是感觉神经末梢部分，效应器指运动神经末梢和它所支配的肌肉和腺体。
简单地说，反射过程是感受器感受到一定的刺激并产生兴奋，兴奋以神经冲动的形式经过传入神经传向神经中枢，神经中枢通过分析与综合产生兴奋，经一定传出神经到达效应器，发生相应活动。
反射弧的任何一个环节中断，反射都不能发生。举例分析。
通常脊椎动物的反射弧，在感觉神经元和运动神经元之间还有中间神经元，它起着传递信息的作用。那么这些神经元的结构又是怎样的呢？
引导学生观察神经元结构模式图并叙述各部分结构（略）
神经元之所以受到刺激能产生兴奋，并能传导兴奋是与它的结构相适应的。一个神经元就是一个完整的高度特化的细胞。细胞体适合综合处理信息和作为代谢中心；突起适合接受和传递信息；髓鞘则起着绝缘的作用，使许多神经纤维可以同时传导而互不干扰，从而保证神经调节的精确性。
教师强调神经纤维的概念：长的树突、轴突和髓鞘构成神经纤维。
从宏观上看，兴奋需要在反射弧各部分上传导；从微观上看，兴奋则需要在组成反射弧的每一个神经元内部传导，特别是神经纤维上的传导。
2.兴奋的传导
（1）神经纤维的传导
早在1791年，意大利解剖学家伽伐尼发现兴奋传导实际上是一种生物电现象。但是神经纤维都很细，做实验很困难。到20世纪30年代英国科学家发现乌贼的巨大神经纤维是实验的理想材料，它粗大的轴突直径可达1毫米，使测量电位差的微电极易于插入，为开展实验提供了方便。
实验方法：提示学生注意观察图示。
取两个微电极，一个插入神经纤维内，一个接到神经纤维膜表面，用微伏计测出膜内外的电位差，即电势差。结果显示：膜外为正电位，膜内为负电位。为什么会出现电位差呢？很早人们就发现神经纤维膜内外存在着离子浓度的差异。
引导学生观察并分析Na+离子和K+离子的浓度差：膜内的K+离子浓度远高于膜外，Na+离子浓度则相反。
在细胞未受刺激时，也就是静息状态时，膜内的K+离子很容易通过载体通道蛋白顺着浓度梯度大量转运到膜外，从而形成膜外正电位，膜内负电位。当神经纤维某一部位受到刺激时，膜上的Na+离子载体通道蛋白被激活，Na+离子通透性增强，大量Na+离子内流，使膜两侧电位差倒转，即膜外由正电位变为负电位，膜内则由负电位变为正电位。
具体分析兴奋传导的过程并分步演示兴奋在神经纤维上传导的动画。
静息时，膜内和膜外的电位处于何种状态？
学生分析：静息时，由于K+离子外流膜内电位为负，膜外电位为正。
受刺激时，兴奋部位的膜内外发生了怎样的变化？
学生观察分析并回答：由于Na+离子内流，兴奋部位膜内外迅速发生了一次电位变化膜外由正电位变为负电位，膜内则由负电位变为正电位。
引导学生分析并讨论：邻近未兴奋部位仍然维持原来的外“正”内“负”，那么，兴奋部位与原来未兴奋部位之间将会出现怎样变化？
学生：试着用物理课上电学的知识来解释这个问题，并就膜外和膜内情况分别说明。在神经纤维膜外兴奋部位与邻近的未兴奋部位之间形成了电位差，于是就有了电荷的移动，在细胞膜内的兴奋部位与邻近的未兴奋部位之间也形成了电位差，也有电荷的移动，这样就形成了局部电流。
电流方向如何呢？
学生：电流在膜外由未兴奋部位流向兴奋部位，在膜内则由兴奋部位流向未兴奋部位，从而形成了局部电流回路。
引导学生观察相邻的未兴奋部位：
这种局部电流又刺激相邻的未兴奋部位发生上述同样的电位变化，又产生局部电流，如此依次进行下去，兴奋不断向前传导，而已经兴奋部位又不断依次恢复原静息电位。兴奋就按照这样的方式沿着神经纤维迅速向前传导。
完整演示动画并让学生归纳和复述：
兴奋传导过程：刺激→膜电位变化→电位差→电荷移动→局部电流
兴奋在神经纤维上传导的实质：膜电位变化→局部电流。
我们分析了当兴奋从树突经胞体传向轴突时的传导方向，如果在一条离体神经纤维中段施加一适宜刺激，传导方向又是怎样呢？（图示略）
学生从物理角度来思考这个问题：兴奋部位与两侧未兴奋部位都存在电位差，所以刺激神经纤维上任何一点，所产生的冲动均可沿着神经纤维向两侧同时传导。
结论：传递特点──双向性。
兴奋传导受机械压力，冷冻，电流，化学药物等因素的影响而受到干扰或阻断。
（2）兴奋的传递：
当兴奋传导到神经纤维的末梢时，又是怎样到达下一个神经元呢？兴奋在神经元之间是通过突触来传递的。突触是指一个神经元与另一个神经元相接触的部位。
（演示动画）在光学显微镜下观察可以看到：一个神经元轴突末梢经多次分支，最后每个小枝末端膨大成杯状和球状，叫做突触小体。这些突触小体可以与多个神经元细胞体或树突相接触，形成突触。
在电子显微镜下观察可以看到突触是由三部分构成的，即突触前膜，突触间隙和突触后膜。突触前膜是轴突末端突触小体的膜：突出后膜是与突触前膜相对应的胞体膜和树突膜；突触间隙是突触前膜和后膜之间存在的间隙。
突触小体内靠近前膜处含有大量的突触小泡，泡内含有高浓度的化学物质──递质，例如乙酰胆碱。递质有兴奋性的也有抑制性的。
将动画还原到较为宏观的两个神经元之间去观察突触。
当兴奋通过轴突传导到突触小体时，突触小体内的突触小泡就将递质释放到突触间隙里，突触后膜的相应受体蛋白接受递质的化学刺激，引起突触后膜的膜电位改变。这样，兴奋就从一个神经元通过突触而传递给了另一个神经元。
突触后膜的受体对递质有高度的选择性。
学生再次观察动画模拟过程，复述，概括。
兴奋在细胞间的传递过程：
兴奋→突触小体→突触小泡释放递质→突触间隙→突触后膜兴奋或抑制
由于递质只存在于突触小体内，只能由突触前膜释放后作用于突触后膜上，使后一个神经元兴奋或抑制，所以神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。就是说：兴奋只能从一个神经元的轴突传递给另一个神经元的细胞体或树突，而不能向相反的方向传递。这种单向传递使整个神经系统的活动能有规律地进行。
递质发生效应后就被酶破坏而失活，一次神经冲动只能引起一次递质释放，产生一次突触后电位变化，之后很快又恢复为静息状态。
引导学生观察线粒体，得出“兴奋传递是一个耗能的过程”的结论。
有些杀虫剂能抑制酶的活性，使递质不被破坏，递质一直结合在突触后膜的受体部位，连续发生作用，使神经处于持续冲动状态而不能恢复到静息电位，这样，就使动物长时间处于震颤、痉挛状态，终致死亡。
课堂小结
本节课重点学习了兴奋的传导，对于反射的发生也有了进一步的理解。（结合动画演示）当感受器受到一定刺激后就产生兴奋，引起兴奋部位的膜电位的改变，形成局部电流；当局部电流沿神经纤维传导到轴突末梢的突触时，突触小泡释放递质作用于突触后膜，使另一个神经元产生兴奋或抑制，这样兴奋就从一个神经元传导到另一个神经元。
概括的说：兴奋传导是膜电位变化→递质的释放→膜电位变化的一体化过程。
学法指导
学生在掌握上述内容时，一定要注意联系反射模式图，并注意在实际中的应用。如临床上用药物局部麻醉的机理是什么？（药物抑制突触小泡释放递质，兴奋不能传递）
课外探究与思考
1.探究局部麻醉药物的可能作用机理。
2.试比较兴奋在神经纤维上的传导速度与电流在金属导线上的传导速度。
教学反思
在教学过程中,我遵循了“从具体到抽象”、“从感性到理性”的认知规律,重视创设问题情境,引导学生积极参与,学生始终处于科学研究情境中，并获得相应的科学情感体验。自然科学的学科魅力满足了学生的学习兴趣,而且测试表明,建立起来的概念是形象生动的、深刻的。

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